(2025年)分子发光分析试题附答案

(2025年)分子发光分析试题附答案一、选择题（每题2分，共20分）1.下列关于分子荧光与磷光的描述中，错误的是（）A.荧光发射来自单重激发态（S₁）的辐射跃迁B.磷光发射来自三重激发态（T₁）的辐射跃迁C.磷光寿命通常比荧光寿命短D.室温下多数物质的磷光需要在刚性介质（如低温玻璃体）中观测2.斯托克斯位移（Stokesshift）是指（）A.激发光谱与吸收光谱的波长差B.发射光谱与激发光谱的波长差C.发射光谱的最大波长与激发光谱最大波长的差值D.分子吸收光子能量与发射光子能量的差值3.某荧光物质的量子产率（Φf）为0.3，其非辐射跃迁速率常数（k_nr）为7×10⁷s⁻¹，辐射跃迁速率常数（k_r）约为（）A.3×10⁷s⁻¹B.7×10⁷s⁻¹C.1×10⁸s⁻¹D.2×10⁸s⁻¹4.下列因素中，会导致荧光强度降低的是（）A.分子刚性增加（如形成螯合物）B.溶液温度升高C.溶剂极性减小（对具有π-π跃迁的物质）D.引入给电子取代基（如-OH、-NH₂）5.化学发光分析中，鲁米诺（Luminol）在碱性条件下与H₂O₂反应发光，其发光机制属于（）A.直接化学发光B.间接化学发光C.生物发光D.电致化学发光6.分子磷光分析中，采用液氮低温（77K）的主要目的是（）A.增强分子热运动B.抑制非辐射跃迁（如内转换、系间窜越）C.提高三重激发态的稳定性D.降低溶剂的黏度7.某荧光物质的激发光谱与发射光谱存在重叠，为避免自吸收干扰，应选择的检测方式是（）A.前向散射检测B.直角检测C.90°检测D.后向散射检测8.生物发光（如萤火虫发光）的本质是（）A.酶催化的化学发光B.热致发光C.光致发光D.电致发光9.下列关于荧光淬灭的描述中，错误的是（）A.动态淬灭（碰撞淬灭）与淬灭剂浓度、温度正相关B.静态淬灭（形成复合物）与淬灭剂浓度、温度负相关C.氧分子是常见的荧光淬灭剂，因其具有顺磁性促进系间窜越D.pH变化不会影响荧光淬灭，因分子结构不受pH影响10.分子发光分析中，同步荧光光谱的优势是（）A.提高检测灵敏度B.简化光谱（减少谱带重叠）C.增强发射强度D.延长发光寿命二、填空题（每空1分，共20分）1.分子发光包括荧光、磷光、化学发光、生物发光等类型，其中荧光和磷光属于________发光，化学发光和生物发光属于________发光。2.荧光量子产率（Φf）的定义式为________，其取值范围为________。3.分子荧光的激发光谱反映的是________与激发波长的关系，发射光谱反映的是________与发射波长的关系。4.影响荧光强度的主要因素包括分子结构（如共轭体系、刚性平面、取代基）、________、________、________（至少列举3项）。5.磷光的产生需经历________（填跃迁类型）从S₁态到T₁态，再通过________跃迁回到基态S₀。6.化学发光的量子产率（ΦCL）由________和________共同决定，公式为ΦCL=ΦR×ΦEM，其中ΦR是________，ΦEM是________。7.荧光寿命（τf）与辐射跃迁速率常数（k_r）、非辐射跃迁速率常数（k_nr）的关系为________；若某物质的τf=5ns，且k_r=2×10⁸s⁻¹，则k_nr=________s⁻¹。8.生物发光分析中，萤火虫发光的关键酶是________，其发光底物为________。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述分子荧光与磷光产生机制的主要差异，并说明为何室温下磷光通常难以观测。2.解释“荧光猝灭”的概念，并列举3种常见的猝灭类型及其作用机制。3.比较化学发光分析与荧光分析的优缺点（各至少2点）。4.温度对荧光强度的影响具有双重性：一方面升高温度可能增强分子与溶剂的碰撞（促进非辐射跃迁），另一方面可能破坏分子间氢键（减少非辐射跃迁）。请结合具体例子说明实际分析中如何平衡这两种效应。5.同步荧光光谱（SFS）的扫描方式有哪几种？与常规荧光光谱相比，其在复杂样品分析中的优势是什么？四、计算题（共20分）1.（8分）采用荧光法测定某药物中有效成分X的含量。配制X的标准溶液，浓度分别为0.1μg/mL、0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL，测得荧光强度（F）分别为12.5、62.0、124.0、248.0。取样品溶液10.0mL，稀释至100mL后测得F=98.5，假设在该浓度范围内荧光强度与浓度呈线性关系（F=kC+b，且b≈0），计算原样品溶液中X的浓度（单位：μg/mL）。2.（6分）某磷光物质的磷光强度随时间衰减符合I(t)=I₀e^(-t/τp)，其中τp为磷光寿命。实验测得t=0时I₀=1000，t=50μs时I=368，计算该物质的磷光寿命τp；若t=100μs时I=？3.（6分）某化学发光反应中，消耗1.2×10⁻⁶mol的反应物A，测得发射光子数为2.4×10¹²个，计算该反应的化学发光量子产率（ΦCL）。（已知阿伏伽德罗常数N_A=6.02×10²³mol⁻¹）五、综合应用题（共10分）某实验室需建立高效液相色谱-荧光检测法（HPLC-FLD）测定血浆中新型抗肿瘤药物Y（结构含萘环，激发波长280nm，发射波长340nm）的浓度。请设计实验方案，包括：（1）色谱条件选择（流动相、固定相、柱温）；（2）荧光检测器参数设置；（3）可能的干扰因素及解决措施（至少2项）。答案一、选择题1.C2.C3.A（Φf=k_r/(k_r+k_nr)，0.3=k_r/(k_r+7×10⁷)，解得k_r≈3×10⁷）4.B5.A6.C7.B（直角检测可减少激发光直接进入检测器）8.A9.D（pH变化可能改变分子解离状态，影响荧光）10.B二、填空题1.光致；非光致（或化学能激发）2.Φf=发射光子数/吸收光子数；0≤Φf≤13.荧光强度；荧光强度4.溶剂性质（极性、黏度）；温度；pH；猝灭剂存在（任选3项）5.系间窜越（ISC）；辐射（磷光发射）6.反应效率；发光效率；反应提供激发态产物的效率；激发态产物发射光子的效率7.τf=1/(k_r+k_nr)；0.5×10⁸（τf=1/(k_r+k_nr)=5×10⁻⁹s，解得k_nr=2×10⁸-1/5×10⁹=0.5×10⁸）8.荧光素酶；荧光素三、简答题1.差异：荧光来自S₁→S₀的辐射跃迁（单重态→单重态），自旋允许，寿命短（10⁻⁹~10⁻⁶s）；磷光来自T₁→S₀的辐射跃迁（三重态→单重态），自旋禁阻，寿命长（10⁻⁴~10²s）。室温下，T₁态易通过非辐射跃迁（如与溶剂碰撞）失活，难以积累足够激发态分子发射磷光，需低温或刚性介质抑制非辐射跃迁。2.荧光猝灭：荧光物质分子与其他物质相互作用导致荧光强度降低的现象。常见类型：（1）动态猝灭（碰撞猝灭）：激发态分子与猝灭剂碰撞，能量以热形式耗散，与温度、猝灭剂浓度正相关；（2）静态猝灭（形成复合物）：基态分子与猝灭剂形成无荧光复合物，与温度负相关；（3）电荷转移猝灭：猝灭剂与荧光分子发生电子转移，降低激发态能量，如O₂的顺磁性促进系间窜越。3.化学发光优点：无需外光源（无散射干扰）、灵敏度高（检测限可达10⁻¹²~10⁻¹⁵mol/L）；缺点：发光反应需特定条件（如pH、催化剂），适用物质有限。荧光分析优点：应用广泛（多数芳香族化合物可测）、线性范围宽；缺点：易受散射光（瑞利、拉曼散射）干扰，需严格控制激发波长。4.以罗丹明B为例，其荧光与分子内氢键相关。低温下氢键稳定，非辐射跃迁少，荧光强；温度升高时，氢键断裂，分子刚性降低，非辐射跃迁（如振动弛豫）增强，荧光减弱。实际分析中，通常选择室温（25℃）作为检测温度，若需更高灵敏度，可采用恒温装置（如20℃）平衡热运动与氢键破坏的影响；对于易形成刚性结构的物质（如金属螯合物），适当升温可能因减少溶剂笼效应（降低碰撞概率）而增强荧光，需通过实验优化温度。5.同步荧光扫描方式：（1）固定波长同步（Δλ=λem-λex=常数）；（2）固定能量同步（ΔE=常数）；（3）可变角度同步。优势：通过固定Δλ减少光谱重叠，简化复杂样品（如生物体液、环境水样）的光谱图，提高选择性；同时降低背景干扰，提升检测灵敏度。四、计算题1.标准曲线：F=kC，k=12.5/0.1=125（或通过1.0μg/mL时F=124，k≈124）。样品稀释后浓度C=98.5/125≈0.788μg/mL，原样品浓度=0.788×100/10=7.88μg/mL（或用124计算得0.794×10=7.94，取近似值7.9μg/mL）。2.τp=50μs（因I/I₀=e^(-t/τp)，t=τp时I/I₀≈1/e≈0.368）；t=100μs时，I=1000×e^(-100/50)=1000×e⁻²≈135。3.反应分子数=1.2×10⁻⁶mol×6.02×10²³mol⁻¹=7.224×10¹⁷个；ΦCL=发射光子数/反应分子数=2.4×10¹²/(7.224×10¹⁷)≈3.32×10⁻⁶。五、综合应用题（1）色谱条件：固定相选择C18键合硅胶柱（萘环为疏水性，C18柱对其保留强）；流动相采用甲醇-水（60:40，v/v）或乙腈-0.1%甲酸水（55:45），调节pH至3~4（药物Y含萘环，中性或弱酸性条件下更稳定）；柱温设为30℃（平衡分离效率与柱压）。（2）检测器参数：激发波长λex=280nm（萘环的最大激发波长），发射波长λem=340nm（